原子光谱分析法精选PPT.ppt

《原子光谱分析法精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原子光谱分析法精选PPT.ppt（124页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于原子光谱分析法第1页，讲稿共124张，创作于星期日原子核外价电子发射光子形成的光谱称为原子核外价电子发射光子形成的光谱称为原原子发射光谱子发射光谱。吸收光子能量形成的光谱称为吸收光子能量形成的光谱称为原子吸收光谱原子吸收光谱。原子核外层电子在跃迁过程中发出原子核外层电子在跃迁过程中发出X X射线区射线区的光谱，称为的光谱，称为X X射线荧光光谱射线荧光光谱。第2页，讲稿共124张，创作于星期日基态基态吸收光谱吸收光谱发射光谱发射光谱第3页，讲稿共124张，创作于星期日第一节第一节 原子发射光谱分析的基本原理原子发射光谱分析的基本原理 一、概述一、概述 原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法是

2、利用原子（或离子）是利用原子（或离子）在一定条件下激发后所发射的特征光谱来在一定条件下激发后所发射的特征光谱来研究物质的化学组成和含量的分析方法。研究物质的化学组成和含量的分析方法。第4页，讲稿共124张，创作于星期日1 1、特点、特点（1 1）原子发射光谱法是一种多元素测定法，可同时测定）原子发射光谱法是一种多元素测定法，可同时测定样品中的数十种元素，且不必进行复杂的分离操作。样品中的数十种元素，且不必进行复杂的分离操作。（2 2）简便快速，）简便快速，1-21-2分钟内给出数十种元素的分析结分钟内给出数十种元素的分析结果。果。（3 3）用样量少，样品不需化学处理可直接分析，取样）用样量少，

3、样品不需化学处理可直接分析，取样量只有数毫克至数十毫克。量只有数毫克至数十毫克。（4 4）选择性好，灵敏度高。可选择性地进行定性分析，）选择性好，灵敏度高。可选择性地进行定性分析，最低检出限量通常在最低检出限量通常在1010-10-10g g数量级。数量级。第5页，讲稿共124张，创作于星期日（5 5）有时不需纯样品，用已知图谱可进行定）有时不需纯样品，用已知图谱可进行定性分析。性分析。（6 6）定量分析要有一套组成和结构状态与待）定量分析要有一套组成和结构状态与待测样品基本一致的标准样品作基准比较测测样品基本一致的标准样品作基准比较测定，通常不能满足，对高含量元素的定量定，通常不能满足，对高

4、含量元素的定量分析会产生较大的误差；定性分析要与纯分析会产生较大的误差；定性分析要与纯铁样品谱图比较进行。铁样品谱图比较进行。（7 7）原子发射光谱不能测定物质的空间结构）原子发射光谱不能测定物质的空间结构和官能团，仪器设备比较复杂，价格昂贵，和官能团，仪器设备比较复杂，价格昂贵，难以普及应用。难以普及应用。第6页，讲稿共124张，创作于星期日二、原子发射光谱的产生二、原子发射光谱的产生 不同原子的核外电子能级结构不同，发不同原子的核外电子能级结构不同，发射的光谱频率也不同。根据某元素原子的射的光谱频率也不同。根据某元素原子的特征频率（或波长）的发射光谱线出现与特征频率（或波长）的发射光谱线出

5、现与否，对试样中该原子是否存在进行定性分否，对试样中该原子是否存在进行定性分析。该原子的数目越多，发射的特征光谱析。该原子的数目越多，发射的特征光谱线也越强，将它与已知含量标样的谱线强线也越强，将它与已知含量标样的谱线强度进行比较，即可对试样中该种原子的含度进行比较，即可对试样中该种原子的含量进行定量分析。量进行定量分析。第7页，讲稿共124张，创作于星期日三、原子线和离子线三、原子线和离子线原原子子外外层层电电子子由由低低能能级级跃跃迁迁到到高高能能级级所所需需要要的的能能量量称为称为激发能激发能。原子外层电子吸收激发能后产生的谱线称为原子外层电子吸收激发能后产生的谱线称为原子线原子线。如如

6、果果原原子子的的外外层层电电子子获获得得足足够够大大的的能能量量就就会会脱脱离离原原子子，此此现现象象称称为为电电离离。原原子子失失去去一一个个电电子子称称为为一一级级电电离离，失失去去两两个个电电子子称称为为二二级级电电离离，一一次次类类推推。使使原原子子电电离离所所需需要的最小能量称为要的最小能量称为电离能。电离能。离离子子外外层层电电子子从从高高能能级级跃跃迁迁到到低低能能级级时时所所发发射射的的谱谱线线称为离子线。称为离子线。第8页，讲稿共124张，创作于星期日在在所所有有原原子子发发射射的的谱谱线线中中，凡凡是是由由各各高高能能级级跃跃迁迁回回到到基基态态时时所所产产生生的的谱谱线线

7、，叫叫共共振振发发射线。射线。从从第第一一激激发发态态跃跃迁迁到到基基态态所所发发射射的的谱谱线线叫叫主主共振发射线，也称为共振发射线，也称为第一共振发射线。第一共振发射线。第9页，讲稿共124张，创作于星期日光谱图上出现谱线的数目与样品中被测元素光谱图上出现谱线的数目与样品中被测元素的含量有关系。当含量降至一定值后，就的含量有关系。当含量降至一定值后，就只剩下坚持到最后的谱线，称为只剩下坚持到最后的谱线，称为最后线或最后线或最灵敏线最灵敏线。最后线通常是元素谱线中最后线通常是元素谱线中最易激发或激发能最易激发或激发能较低的谱线较低的谱线，如元素的第一共振线。，如元素的第一共振线。对于每种元素

8、，可选择一条或几条谱线作为对于每种元素，可选择一条或几条谱线作为定性或定量测定所用的谱线，这种谱线称定性或定量测定所用的谱线，这种谱线称为为分析线分析线。第10页，讲稿共124张，创作于星期日四、谱线强度与元素含量的关系四、谱线强度与元素含量的关系 当激发能和激发温度一定时，谱线强度当激发能和激发温度一定时，谱线强度I I与试样中被测元与试样中被测元素的浓度素的浓度c c成正比。即成正比。即I=acI=aca a是与谱线性质、实验条件有关的常数，低浓度成立。是与谱线性质、实验条件有关的常数，低浓度成立。浓度较大时，处于激发态光源中心的原子所发射的特征浓度较大时，处于激发态光源中心的原子所发射的

9、特征谱线被外层处于基态的同类原子所吸收，使谱线的强度谱线被外层处于基态的同类原子所吸收，使谱线的强度减弱，这种现象称为减弱，这种现象称为自吸收自吸收。I=acI=acb bb b为自吸常数为自吸常数第11页，讲稿共124张，创作于星期日第二节第二节 原子吸收光谱分析的基本原理原子吸收光谱分析的基本原理一、原子吸收光谱分析引导一、原子吸收光谱分析引导 基于试样蒸气相中被测元素的基态原子对基于试样蒸气相中被测元素的基态原子对由光源发出的该原子的特征性窄频辐射产由光源发出的该原子的特征性窄频辐射产生共振吸收，生共振吸收，A A在一定浓度范围内与蒸气相在一定浓度范围内与蒸气相中被测元素的基态原子浓度成

10、正比，以此中被测元素的基态原子浓度成正比，以此测定试样中该元素的含量。测定试样中该元素的含量。第12页，讲稿共124张，创作于星期日 原子吸收法与紫外和可见光吸光光度法的原子吸收法与紫外和可见光吸光光度法的基本原理是相同的，都遵循朗伯基本原理是相同的，都遵循朗伯比耳定比耳定律，均属于律，均属于吸收光谱法吸收光谱法。不同点：不同点：吸光物质的状态不同。原子吸收法是基于吸光物质的状态不同。原子吸收法是基于蒸气相中基态原子对光的吸收，吸收的是蒸气相中基态原子对光的吸收，吸收的是光源发出的锐线光，是窄频率的线状、半光源发出的锐线光，是窄频率的线状、半宽只有宽只有1.0101.0103 3 nm nm，

11、所以原子吸收光谱，所以原子吸收光谱是是线状谱线状谱，紫外光谱法是，紫外光谱法是带状吸收光谱带状吸收光谱 。第13页，讲稿共124张，创作于星期日原子吸收光谱法的优点原子吸收光谱法的优点:（1 1）灵敏度高。）灵敏度高。（2 2）精密度好。）精密度好。（3 3）选择性好，方便简单）选择性好，方便简单（4 4）准确度高，分析速度快。）准确度高，分析速度快。（5 5）应用范围广。）应用范围广。第14页，讲稿共124张，创作于星期日对基本理论讨论，主要解决两方面的问题：对基本理论讨论，主要解决两方面的问题：基态原子的产生以及它的浓度与试样中该元基态原子的产生以及它的浓度与试样中该元素含量之间的定量关系

12、；素含量之间的定量关系；基态原子吸收光谱的特性及基态原子的浓度基态原子吸收光谱的特性及基态原子的浓度与吸光度之间的关系。与吸光度之间的关系。第15页，讲稿共124张，创作于星期日二、一般分析过程二、一般分析过程二、一般分析过程二、一般分析过程火火焰焰中中基基态态原原子子数数目目越越多多，浓浓度度越越大大，吸吸光光度度也也越越大大，所以，根据其吸光度即可测定试样中待测元素的含量。所以，根据其吸光度即可测定试样中待测元素的含量。放放大大及及读读数数灯电源灯电源助燃气助燃气燃气燃气试液试液单单色色器器PMT检测器检测器空心阴极灯空心阴极灯火火焰焰图图4.1原子吸收法分析过程示意图原子吸收法分析过程示

13、意图第16页，讲稿共124张，创作于星期日 如测定镁时，试液雾化进入火焰产生镁原子如测定镁时，试液雾化进入火焰产生镁原子蒸气，以镁灯作光源，镁灯可产生镁的蒸气，以镁灯作光源，镁灯可产生镁的285.2nm285.2nm特征谱线，并被火焰蒸气中的镁特征谱线，并被火焰蒸气中的镁基态原子基态原子吸收吸收一部分而减弱，其一部分而减弱，其减弱程度与蒸气中镁原子的减弱程度与蒸气中镁原子的浓度成线性关系浓度成线性关系。由光电倍增管进行光电转换，信号经过一由光电倍增管进行光电转换，信号经过一系列处理，最后由读数装置读得相应的吸光度。系列处理，最后由读数装置读得相应的吸光度。第17页，讲稿共124张，创作于星期日

14、三、基态原子及原子吸收光谱的产生三、基态原子及原子吸收光谱的产生三、基态原子及原子吸收光谱的产生三、基态原子及原子吸收光谱的产生 当试液喷入高温火焰中时会发生蒸发脱水、热当试液喷入高温火焰中时会发生蒸发脱水、热分解原子化、激发、电离或化合等一系列过程分解原子化、激发、电离或化合等一系列过程.蒸发蒸发脱水的过程可用下式表示：脱水的过程可用下式表示：气态气态MXMX高温下吸收热能，发生热分解，使被测元素高温下吸收热能，发生热分解，使被测元素M M成为自由原子，此过程叫做该元素的原子化：成为自由原子，此过程叫做该元素的原子化：MXMX（g g）M M（g g）X X（g g）第18页，讲稿共124张

15、，创作于星期日 少少数数基基态态原原子子进进一一步步吸吸收收热热能能后后会会发发生生激激发发、甚甚至至电电离离或化合等过程：或化合等过程：由由于于原原子子吸吸收收法法是是基基于于基基态态原原子子对对光光的的吸吸收收而而进进行行测定的，所以，热分解产生基态原子的过程最为重要。测定的，所以，热分解产生基态原子的过程最为重要。M(g)M*(g)M+e热能热能热能热能第19页，讲稿共124张，创作于星期日一一般般说说来来，同同种种原原子子的的发发射射光光谱谱线线要要比比吸吸收收光光谱谱的的谱谱线线多多得得多多，这这是是因因为为吸吸收收光光谱谱的的大大多多数数谱谱线线是是原原子子中中的的价价电电子子从从

16、基基态态到到各各激激发发态态之之间间跃跃迁迁产产生生的的，而而原原子子发发射射光光谱谱中中，除除了了电电子子从从各各激激发发态态跃跃迁迁到到基基态态外外，还还包包含含了了不不同同激激发发态态之之间间的的跃跃迁迁，所所以以，谱谱线线比比原原子子吸收谱线多。吸收谱线多。激发态能级激发态能级主共振发射主共振发射基态能级基态能级主共振吸收主共振吸收SnS2S1S0图图4.2原子吸收与原子发射之间的关系原子吸收与原子发射之间的关系第20页，讲稿共124张，创作于星期日 基基态态与与激激发发态态之之间间的的相相互互跃跃迁迁称称为为共共振振跃跃迁迁，由此产生的谱线称为共振（吸收或发射）线。由此产生的谱线称为

17、共振（吸收或发射）线。由于基态与第一激发态间的跃迁几率大，最易由于基态与第一激发态间的跃迁几率大，最易发生，对大多数元素来说，原子吸收法常利用第一发生，对大多数元素来说，原子吸收法常利用第一共振吸收线来进行测定。共振吸收线来进行测定。第21页，讲稿共124张，创作于星期日四、基态原子与激发态原子的分配四、基态原子与激发态原子的分配四、基态原子与激发态原子的分配四、基态原子与激发态原子的分配 由空心阴极灯光源发出的锐线共振辐射被吸收的程由空心阴极灯光源发出的锐线共振辐射被吸收的程度取决于火焰中基态原子的数量度取决于火焰中基态原子的数量N N0 0，可用波尔兹曼方程，可用波尔兹曼方程式表示：式表示

18、：上式中，若以基态为标准令上式中，若以基态为标准令E E0 00 0，可整理为：，可整理为：（4.5）第22页，讲稿共124张，创作于星期日 （4.54.5）式中，）式中，E Eq q是原子由基态激发到是原子由基态激发到q q能态能态所需的能量；所需的能量；K K为波尔兹曼常数；为波尔兹曼常数；h h为普朗克常数；为普朗克常数；f f为光的频率；为光的频率；T T是激发温度（是激发温度（K K）；）；N N q q和和N N0 0分别分别为激发态和基态原子数为激发态和基态原子数.对对一一定定频频率率的的原原子子谱谱线线，g gq q/g/g0 0和和E Eq q都都是是定定值值，因因此此，只只

19、要要火火焰焰温温度度T T确确定定，就就能能够够求求得得N Nq q/N/N0 0的的值值.某某些些元元素素在在不不同同温温度度下下根根据据（4.54.5）式式计计算算出的出的N Nq q/N/N0 0值如表值如表4.14.1所示。所示。第23页，讲稿共124张，创作于星期日K7664.91.6810-41.1010-33.8410-3Na5890.09.8610-61.1410-45.8310-4Ca4226.71.2210-73.6710-63.5510-5Fe3719.92.2910-91.0410-71.3110-6Cu3247.54.8210-104.0410-86.6510-7Mg

20、2852.13.3510-115.2010-91.5010-7元素共振线Nq/N02000K2500K3000KZn2138.67.4510-156.2210-125.5010-10表表4.1 某些元素共振线的某些元素共振线的Nq/N0值值第24页，讲稿共124张，创作于星期日 由表由表4.14.1可知可知:对同一原子来说，对同一原子来说，T T越高，越高，Nq/NNq/N0 0值越大。值越大。对对不不同同的的原原子子，同同一一温温度度时时，共共振振线线波波长长越长，越长，Nq/NNq/N0 0值也越大。值也越大。即即使使在在高高温温和和长长波波长长的的共共振振线线跃跃迁迁时时，Nq/NNq/

21、N0 0的比值也很小，的比值也很小，N Nq q与与N N0 0比较，比较，N Nq q可以忽略不计。可以忽略不计。原原子子吸吸收收法法中中，可可把把吸吸收收辐辐射射的的基基态态原原子子数数N N0 0看作总原子数看作总原子数N N。第25页，讲稿共124张，创作于星期日五、谱线的轮廓及其变宽五、谱线的轮廓及其变宽五、谱线的轮廓及其变宽五、谱线的轮廓及其变宽由于入射光的强度随频率而改变，若入射光不由于入射光的强度随频率而改变，若入射光不是绝对单色线，则吸收线的频率也不可能是单一是绝对单色线，则吸收线的频率也不可能是单一的。的。光的强度与频率之间的关系曲线（图光的强度与频率之间的关系曲线（图4.

22、44.4），称之），称之为吸收线的轮廓。它是一个围绕中心频率为吸收线的轮廓。它是一个围绕中心频率f fo o且具有且具有一定频率宽度的峰形吸收，峰的最大吸收系数一定频率宽度的峰形吸收，峰的最大吸收系数KvoKvo所对应的频率就是原子的特征吸收频率即中所对应的频率就是原子的特征吸收频率即中心频率心频率v vo o，K Kvovo也称为峰值吸收系数。也称为峰值吸收系数。第26页，讲稿共124张，创作于星期日 吸吸收收线线轮轮廓廓的的半半宽宽度度v v通通常常为为0.10.10.010.01，一一般般用用v v来来表表征征吸吸收收线线的的轮轮廓廓。同同理理，原原子子发发射射线线也也有有一一定定的的轮

23、轮廓廓，其其半半宽宽度度比比原原子子吸吸收收线线要要窄窄得得多，一般为多，一般为0.020.020.0050.005。vo v 透光强度频率Ivf频率vo vKf Kv0o图图4.3透光强度透光强度-频率关系曲线频率关系曲线图图4.4吸收线的轮廓吸收线的轮廓第27页，讲稿共124张，创作于星期日谱线的变宽会影响原子吸收分析的灵敏度和准确度。谱线的变宽会影响原子吸收分析的灵敏度和准确度。（1 1）自然变宽）自然变宽 量子力学指出：原子中的电子所处的能级能量子力学指出：原子中的电子所处的能级能量和寿命不可能同时测定，这称为量和寿命不可能同时测定，这称为测不准原理测不准原理，但符合下式，但符合下式

24、EE常数常数 原子中的电子在激发态停留原子中的电子在激发态停留1010-8-81010-6-6SecSec，即它们的寿，即它们的寿命命不同，所以，激发态的能量有一定分布范围不同，所以，激发态的能量有一定分布范围.因此，因此，围绕着中心频率围绕着中心频率v vo o有一定的频率分布范围，称为谱线的有一定的频率分布范围，称为谱线的自自然宽度或自然变宽然宽度或自然变宽，用，用vnvn表示，其值约为表示，其值约为1010-4-4，对原子，对原子吸收分析的影响较小，可以忽略不计。吸收分析的影响较小，可以忽略不计。第28页，讲稿共124张，创作于星期日（2 2）热热变变宽宽 热热变变宽宽是是谱谱线线变变宽

25、宽中中的的一一种种主主要要变变宽宽，也也称称为为多多普普勒勒变变宽宽，是是由由于于在在原原子子蒸蒸气气中中，原原子子处处于于杂杂乱乱无无章章的的热热运运动动中中，如如果果向向远远离离检检测测器器的的方方向向运运动动，则则原原子子发发出出的的光光对对检检测测器器来来说说，其其频频率率较较静静止止的的原原子子发发出出的的光光为为低低，产产生生红红移移；反反之之，则则光光产产生生紫紫移移。所所以以，检检测测器器接接收收到到的的是是相相对对于于中中心心波波长长0 0既既有有红红移移，又又有有紫紫移移的的一一定定0 0范范围围的的光光.多多普普勒勒效效应应所所引引起起的的谱谱线线变变宽宽D D可用下式计

26、算：可用下式计算：D7.161070（4.7）在在200020003000K3000K时，多普勒变宽一般为时，多普勒变宽一般为0.010.010.050.05。第29页，讲稿共124张，创作于星期日（3 3）压力变宽）压力变宽 由由碰碰撞撞引引起起吸吸光光原原子子与与蒸蒸气气中中的的原原子子或或分分子子的的能能级级稍稍有有变变化化，使使吸吸收收频频率率变变化化导导致致谱谱线线变变宽宽，也称为碰撞变宽。也称为碰撞变宽。可分为两类：可分为两类：非非同同类类原原子子（或或粒粒子子）间间碰碰撞撞所所产产生生的的谱谱线线变变宽宽称为劳伦兹变宽，用称为劳伦兹变宽，用v vL L表示。表示。同同类类原原子子

27、间间碰碰撞撞所所产产生生的的谱谱线线变变宽宽称称为为共共振振或或赫赫鲁鲁兹兹马马克克变变宽宽，只只有有在在被被测测元元素素浓浓度度较较大大时时才才明明显产生共振变宽。显产生共振变宽。第30页，讲稿共124张，创作于星期日压力变宽主要是指劳伦兹变宽，用下式进行计算：压力变宽主要是指劳伦兹变宽，用下式进行计算：式式中中，2为为粒粒子子碰碰撞撞的的有有效效面面积积；为为外外来来气气体体压压力力；T为为绝绝对对温度；温度；Ar为待测元素的相对原子量；为待测元素的相对原子量；Mr为外来气体的相对分子量为外来气体的相对分子量.D和和L为同一数量级，是谱线变宽的主要因素之一为同一数量级，是谱线变宽的主要因素

28、之一.第31页，讲稿共124张，创作于星期日例例已已知知钠钠D线线的的L在在3000K时时为为0.0027nm，试试求求在在2000K火火焰中的劳伦兹变宽焰中的劳伦兹变宽.解解由由(4.9)式可知，式可知，成正比，成正比，故：故：第32页，讲稿共124张，创作于星期日4 4）谱线叠加变宽）谱线叠加变宽 如果原子蒸气中有待测的同位素存在，由如果原子蒸气中有待测的同位素存在，由于同位素原子的质量不同，因而吸收中心于同位素原子的质量不同，因而吸收中心的频率不同，谱线叠加会使谱线变宽。的频率不同，谱线叠加会使谱线变宽。第33页，讲稿共124张，创作于星期日5 5）自吸变宽）自吸变宽在空心阴极灯中，激发

29、态原子发射出的光，在空心阴极灯中，激发态原子发射出的光，被阴极周围的同类基态原子所吸收的自吸被阴极周围的同类基态原子所吸收的自吸现象。现象。还有电场变宽和瑟曼效应变宽等。还有电场变宽和瑟曼效应变宽等。第34页，讲稿共124张，创作于星期日所谓积分吸收就是吸收线（图所谓积分吸收就是吸收线（图4.44.4）所包括的总面）所包括的总面积，即积，即 它代表真正的吸收程度。它代表真正的吸收程度。f频率vo vKf Kv0o第三节第三节第三节第三节 原子吸收谱线的测量原子吸收谱线的测量原子吸收谱线的测量原子吸收谱线的测量一、积分吸收一、积分吸收一、积分吸收一、积分吸收第35页，讲稿共124张，创作于星期日

30、根根据据经经典典的的爱爱因因斯斯坦坦理理论论，积积分分吸吸收收与与基基态态原原子子数数N0之之间间有有如下关系：如下关系：（4.10）对对给给定定的的元元素素，在在一一定定条条件件下下，项项为为一一常常数数，并并设设为为K，则：，则：（4.11）第36页，讲稿共124张，创作于星期日此此式式说说明明，积积分分吸吸收收与与火火焰焰中中基基态态原原子子的的浓浓度度在在一一定定条条件下成线性关系件下成线性关系。按按（4.114.11）式式，如如果果能能够够测测得得积积分分吸吸收收值值，就就可可以以计计算算出出待待测测原原子子的的浓浓度度.然然而而在在实实际际工工作作中中，积积分分吸吸收收值的测定很难

31、实现，主要有两个原因：值的测定很难实现，主要有两个原因：积积分分吸吸收收对对单单色色光光的的纯纯度度要要求求很很高高，一一般般光光源源不不能能满满足足。进进行行原原子子吸吸收收测测量量，不不但但要要求求光光源源发发出出光光的的中中心心频频率率与与吸吸收收谱谱线线的的中中心心频频率率完完全全一一致致，便便于于吸吸收收，而而且且要要求求光光源源单单色色光光的的半半宽宽度度小小于于吸吸收收谱谱线线的的半半宽宽度度，便便于于进进行行灵灵敏地测定。敏地测定。第37页，讲稿共124张，创作于星期日 目目前前的的仪仪器器还还达达不不到到这这一一水水平平，直直至至澳澳大大利利亚亚物物理理学学家家沃沃尔尔什什于

32、于19551955年年提提出出采采用用锐锐线线光光源源测测量量谱线的峰值吸收后，这个问题才得以解决。谱线的峰值吸收后，这个问题才得以解决。对仪器分辨率要求太高，普通仪器不能满足对仪器分辨率要求太高，普通仪器不能满足.如果吸收光谱的半宽度为如果吸收光谱的半宽度为0.010.01，以，以50005000的光作为入的光作为入射光，则要求单色器的分辨率（分辨本领）射光，则要求单色器的分辨率（分辨本领）R R为为 第38页，讲稿共124张，创作于星期日二、峰值吸收二、峰值吸收二、峰值吸收二、峰值吸收锐锐线线光光源源在在一一定定条条件件下下发发出出的的半半宽宽度度只只有有吸吸收收线线五五分分之之一一的的辐

33、辐射射光光.当当两两者者的的中中心心频频率率或或中中心心波波长长恰恰好好相相重重合合时时，发发射射线线的的轮轮廓廓就就相相当当于于吸吸收收线线中中心心的的峰峰值值频频率率吸吸收收，吸吸收收程程度很大，可进行峰值吸收测量。度很大，可进行峰值吸收测量。吸收线vo（或o）vI图图4.5峰值吸收测量示意图峰值吸收测量示意图第39页，讲稿共124张，创作于星期日若若仅仅考考虑虑火火焰焰中中原原子子的的热热运运动动，峰峰值值吸吸收收与与积积分分吸吸收收之之间间的的关关系系服服从下式从下式：测定条件一定时，测定条件一定时，vD为一常数，所以：为一常数，所以：即即，峰峰值值吸吸收收（Kvo为为峰峰值值吸吸收收

34、系系数数）在在一一定定的的条条件件下下与与积积分分吸吸收成正比，因而可以代替积分吸收，且工作非常方便收成正比，因而可以代替积分吸收，且工作非常方便.由（由（4.11）、（）、（4.12）式可得：）式可得：第40页，讲稿共124张，创作于星期日根据光吸收定律，进一步可以证明吸光度根据光吸收定律，进一步可以证明吸光度A与与Kvo的关系是：的关系是：A0.4343KvoL0.4343LNo当吸收光程当吸收光程L一定时，一定时，AKN0（4.14）（4.144.14）式式说说明明：当当使使用用锐锐线线光光源源进进行行原原子子吸吸收收测测量量时时，吸吸光光度度在在一一定定条条件件下下与与原原子子蒸蒸气气

35、中中待待测测元元素素的的基基态态原子浓度成线性关系原子浓度成线性关系.因因N N0 0在在测测定定条条件件下下与与试试液液中中待待测测物物质质的的浓浓度度C C成成正正比比，所以，通过测定吸光度所以，通过测定吸光度A A就可以进行定量分析。就可以进行定量分析。第41页，讲稿共124张，创作于星期日第四节第四节第四节第四节 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪一、基本装置及其工作原理一、基本装置及其工作原理一、基本装置及其工作原理一、基本装置及其工作原理原原子子吸吸收收光光谱谱仪仪也也称称为为原原子子吸吸收收分分光光光光度度计计其其类类型型和和品品种种很很多多.以以单单光光束

36、束和和双双光光束束仪仪器器为为例例，简简要要讨讨论论它们的基本装置和工作原理。它们的基本装置和工作原理。单单光光束束原原子子吸吸收收光光谱谱仪仪 基基本本结结构构如如图图4.64.6所所示示.它它和和单单波波长长紫紫外外可可见见分分光光光光度度计计一一样样，用用一一个个给给定定波波长长的的光光源源，每每次次只只能能测测定定一一个个溶溶液液的的吸吸光光度度，所所以以，不不能能消消除除光光源源和和参参比比火火焰焰波波动动所所引引起起的的误误差差.但但由由于于结结构构较较简简单，并能获得较好的准确度和灵敏度，所以应用广泛。单，并能获得较好的准确度和灵敏度，所以应用广泛。第42页，讲稿共124张，创作

37、于星期日灯电源试液负高压放大器PMT显示器单色器HCL光源原子化系统分光系统系统检测系统系统图图4.6单光束原子吸收光谱仪基本结构示意图单光束原子吸收光谱仪基本结构示意图第43页，讲稿共124张，创作于星期日原子吸收分析用的光源必须具备：原子吸收分析用的光源必须具备：稳定性好；稳定性好；发射强度高；发射强度高；使用寿命长；使用寿命长；能发射待测元素的共振线，半宽度要小于能发射待测元素的共振线，半宽度要小于吸收谱线；吸收谱线；背景辐射值小。背景辐射值小。二、光源二、光源二、光源二、光源第44页，讲稿共124张，创作于星期日应用最广泛的是空心阴极灯它是一种阴极成空心圆柱形的应用最广泛的是空心阴极灯

38、它是一种阴极成空心圆柱形的气体放电管，阴极和阳极密封于玻璃管中，管内充有低压气体放电管，阴极和阳极密封于玻璃管中，管内充有低压惰性气体，其结构如图惰性气体，其结构如图4.84.8所示。所示。透光窗口透光窗口（石英或光学玻璃）（石英或光学玻璃）空心阴极空心阴极云母屏蔽云母屏蔽绝缘架绝缘架阳极阳极图图4.8 空心阴极灯示意图空心阴极灯示意图第45页，讲稿共124张，创作于星期日 当当在在阴阴极极和和阳阳极极间间施施加加足足够够大大的的直直流流电电压压后后，电电子子由由阴阴极极高高速速射射向向阳阳极极，运运动动中中与与内内充充惰惰性性气气体体原原子子碰碰撞撞并并使使其其电电离离.电电离离产产生生的的

39、正正离离子子在在电电场场作作用用下下高高速速撞撞击击阴阴极极腔腔内内壁壁被被测测元元素素的的原原子子，使使其其以以激激发发态态的的形形式式溅溅射射出出来来，当当它它很很快快从从激激发发态态返返回回基基态态时时，便便辐辐射射出出该该金金属属元元素素的的特特征征性性共共振振线线，这就是空心阴极灯产生锐线光辐射的机理。这就是空心阴极灯产生锐线光辐射的机理。空空心心阴阴极极灯灯的的光光源源锐锐线线性性很很强强，接接近近自自然然宽宽度度（约约1010-4-4），是较理想的光源。），是较理想的光源。第46页，讲稿共124张，创作于星期日三、原子化系统三、原子化系统三、原子化系统三、原子化系统 完完成成原原

40、子子化化过过程程的的装装置置称称为为原原子子化化器器或或原原子子化化系统。系统。用用化化学学燃燃烧烧火火焰焰使使试试样样原原子子化化的的方方法法称称为为火火焰原子化法；焰原子化法；靠靠热热能能或或电电加加热热手手段段实实现现原原子子化化的的方方法法称称为为无无火焰原子化法。火焰原子化法。后后者者比比前前者者有有较较高高的的原原子子化化效效率率和和灵灵敏敏度度，但但没没有有前者简单、方便。前者简单、方便。第47页，讲稿共124张，创作于星期日基本装置基本装置 1 1、火焰原子化装置、火焰原子化装置 雾化器雾化器作作用用:将将试试液液转转变变成成细细微微、均均匀匀的的雾雾粒粒，并并以以稳稳定定的的

41、速速度度进进入入燃燃烧烧器器。图图4.94.9是是雾雾化化器器工工作作原原理理示示意意图图，雾雾化化后后的的雾雾粒粒在在雾雾化化室室内内与与燃燃气气充分混合后进入燃烧器。充分混合后进入燃烧器。第48页，讲稿共124张，创作于星期日 对对雾雾化化室室的的要要求求是是“记记忆忆”效效应应小小、雾雾滴滴与与燃燃气气混混合合充分、噪声低和废液排出快。充分、噪声低和废液排出快。试液撞击球喷嘴毛细管助燃气第49页，讲稿共124张，创作于星期日 燃烧器燃烧器作用作用:使雾粒中的被测组分原子化。使雾粒中的被测组分原子化。燃烧器是由不锈钢制成，中间有一长缝，燃烧器燃烧器是由不锈钢制成，中间有一长缝，燃烧器可调整

42、高度和水平程度，以便使空心阴极灯发射可调整高度和水平程度，以便使空心阴极灯发射的共振辐射准确通过火焰的原子化层。的共振辐射准确通过火焰的原子化层。火焰火焰.火焰的性质很重要，它直接影响试火焰的性质很重要，它直接影响试液的原子化程度。液的原子化程度。一些常用火焰的组成和性质列于表一些常用火焰的组成和性质列于表4.24.2中。中。第50页，讲稿共124张，创作于星期日燃助比最高温度（）燃烧速度（ms）适合的用途乙炔空气14（正常焰）2300160约测35种元素，对W、MO、V等灵敏度低乙炔空气小于14（贫燃焰）2300160适于碱金属、适于有机溶剂喷雾乙炔空气大于14（富燃焰）稍低于2300160

43、对W、MO、V灵敏度高乙炔N2O13123000180适于Si、W、V、Be、Ti和稀土氢空气21312050320易回火，但对Cd、Pb、Sn、Zn灵敏度高氢氩121577适于Cs、Se，对Cd、Pb、Sn、Zn灵敏度高煤气空气184055适于碱金属、碱土金属丙烷空气110120192582适于Ag、Au、Bi、Fe、In、Pb、Ti、Cd等，干扰小氢氧2700900燃速快，易回火第51页，讲稿共124张，创作于星期日同种火焰，按燃助比的不同可分为三种类型：同种火焰，按燃助比的不同可分为三种类型：正常焰，是按化学计量配比的正常焰，是按化学计量配比的；富富燃燃焰焰，燃燃助助比比大大于于化化学学

44、计计量量配配比比值值；富富燃燃焰焰具具有有还还原原性。性。贫贫燃燃焰焰，燃燃助助比比小小于于化化学学计计量量配配比比值值.贫贫燃燃焰焰的的氧氧化化性性强。强。分分析析中中不不提提倡倡使使用用燃燃烧烧速速度度太太快快的的燃燃气气，如如果果燃燃烧烧速速度度大大于于供供气气速速度度，火火焰焰可可能能会会在在燃燃烧烧器器或或雾雾化化室室内内燃燃烧烧（回火），将损坏仪器甚至发生爆炸。（回火），将损坏仪器甚至发生爆炸。乙乙炔炔空空气气、乙乙炔炔NN2 2O O火火焰焰是是最最常常用用的的火火焰焰，可可满满足足大多数元素测定的需要。大多数元素测定的需要。第52页，讲稿共124张，创作于星期日氧化还原区氧化还

45、原区黄蓝色黄蓝色520mm蓝色蓝色35mm蓝色蓝色1mm蓝色蓝色干燥区干燥区原子化区原子化区蒸发区蒸发区25520K25400K25200K25000K根据被测组分在火焰中的变化情况，可将火焰分为干燥、根据被测组分在火焰中的变化情况，可将火焰分为干燥、蒸发、原子化和氧化还原四个区，如下图所示蒸发、原子化和氧化还原四个区，如下图所示.第53页，讲稿共124张，创作于星期日试液在各区发生的变化如下：试液在各区发生的变化如下：干燥区干燥区MX（溶液）（溶液）MX（s）蒸发区蒸发区MX（s）MX（g）原子化区原子化区MX（g）Mo（g）基态）基态Xo（g）氧化还原区氧化还原区 根据试液在各火焰区发生的

46、变化，你认为如何调整燃烧器的高度，根据试液在各火焰区发生的变化，你认为如何调整燃烧器的高度，才能获得灵敏、准确地测定结果。为什么？才能获得灵敏、准确地测定结果。为什么？第54页，讲稿共124张，创作于星期日原子化效率较高，图原子化效率较高，图4.104.10是应用较多的电热高是应用较多的电热高温石墨炉原子化器装置示意图温石墨炉原子化器装置示意图.将试样或试液置于将试样或试液置于石墨炉中，用石墨炉中，用300A300A的大电流通过石墨炉并将其加的大电流通过石墨炉并将其加热至热至30003000使试样原子化。使试样原子化。2 2、无火焰原子化装置、无火焰原子化装置第55页，讲稿共124张，创作于星

47、期日石墨炉试样光束进样口电源程序图图4.10电热高温石墨炉原子化器电热高温石墨炉原子化器 为了防止样品及石墨炉本身被氧化，需要在惰为了防止样品及石墨炉本身被氧化，需要在惰性气氛中进行加温（不断通入氮气或氩气）。测定时分性气氛中进行加温（不断通入氮气或氩气）。测定时分干燥干燥灰化灰化原子化原子化净化四个阶段进行程序升净化四个阶段进行程序升温：温：第56页，讲稿共124张，创作于星期日 干干燥燥 干干燥燥温温度度一一般般在在100100左左右右，每每微微升升试试液液的的干燥时间为干燥时间为1 12 2秒钟。秒钟。灰灰化化 除除去去共共存存有有机机物物或或低低沸沸点点无无机机物物烟烟雾雾的的干干扰扰

48、，灰灰化化时时间间与与试试样样量量成成正正比比.低低于于600600时时大大多多数数元元素素不不会会损损失失.温度在温度在450450左右时，石墨的消耗很少。左右时，石墨的消耗很少。原原子子化化 原原子子化化温温度度每每提提高高100100，信信号号峰峰值值提提高高百百分分之之几几.在在所所选选定定的的条条件件中中，应应保保持持热热量量、原原子子化化时时间间、停留时间等足够稳定。停留时间等足够稳定。净净化化 每每次次测测定定之之后后升升高高温温度度，并并通通入入惰惰性性气气体体“洗洗涤涤”，以使高温石墨炉内部净化。，以使高温石墨炉内部净化。第57页，讲稿共124张，创作于星期日石墨炉原子化器具

49、有以下特点：石墨炉原子化器具有以下特点：需样量少、灵敏度高。需样量少、灵敏度高。试试液液只只需需数数微微升升，试试样样只只需需0.10.11010.检检测测限限多多为为1010-10-101010-12-12g g，某些元素可达，某些元素可达1010-14-14g g。试试样样利利用用率率高高.原原子子化化的的原原子子在在致致密密的的石石墨墨炉炉中中,原子化效率达原子化效率达90%90%以上。以上。可直接测定粘度较大的试液和固体样品。可直接测定粘度较大的试液和固体样品。较安全，且记忆效应小。较安全，且记忆效应小。因因多多采采用用人人工工加加样样，精精密密度度不不高高，且且装装置置复复杂杂，操作

50、不简便，分析速度较慢。操作不简便，分析速度较慢。第58页，讲稿共124张，创作于星期日 3 3、还原气化法原子化、还原气化法原子化 将将一一些些元元素素的的化化合合物物在在低低温温下下与与强强还还原原剂剂反反应应，使使被被测测原原子子本本身身变变为为气气态态或或生生成成气气态态化化合合物物，后后送送入入吸吸收收池池中中或或在在低低温温（低低于于10001000）下下加加热热进进行行原原子子化化，也也称称为为冷冷原原子子吸收法。吸收法。冷冷原原子子吸吸收收法法的的灵灵敏敏度度和和准准确确度度都都比比较较高高，是是测测定定微、痕量汞的较好方法。微、痕量汞的较好方法。第59页，讲稿共124张，创作于